Wärmeleitfähigkeitsmessung bei Hochleistungsdämmstoffen Worauf muss man achten? Dr. Sebastian Treml

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1 Wärmeleitfähigkeitsmessung bei Hochleistungsdämmstoffen Worauf muss man achten? Dr. Sebastian Treml

2 Hochleistungsdämmstoffe Wärmetransport in porösen Feststoffen q = λ dθ dz λ eq = λ c,s +λ c,g +λ r +λ co +λ ce

3 Hochleistungsdämmstoffe Wärmetransport in porösen Feststoffen λ eq = λ c,s +λ c,g +λ r +λ co +λ ce Für konventionelle Dämmstoffe im Wesentlichen begrenzt durch λ c,g exemplarisch: λ c,luft = 0,025 W m K λ c,kohlenstoffdioxid = 0,017 W m K λ c,pentan = 0,015 W m K λ c,vakuum

4 Hochleistungsdämmstoffe Knudsen Effekt λ eq = λ c,s +λ c,g +λ r +λ co +λ ce Freie Weglänge von Luftmolekülen: ca nm Nanoporöse Materialien Advanced porous materials (APM) Zellgrößen in ähnlichem Bereich Luftmoleküle stoßen überwiegend mit dem Feststoffgerüst Gaswärmeleitfähigkeit weitgehend unterdrückt Vakuumdämmung Vakuumisolationspaneele (VIP) Druckabsenkung führt zu einer Vergrößerung der freien Weglänge der Luftmoleküle

5 Hochleistungsdämmstoffe Knudsen Effekt Bild: BASF; Grafik: FIW Bild: BASF; Grafik: FIW

6 Hochleistungsdämmstoffe Wertebereich λ eq = λ c,s +λ c,g +λ r +λ co +λ ce Vakuumisolationspaneele λ eq,frisch = 0,002 0,004 W m K λ = 0,007 W m K Advanced porous materials λ eq,frisch = 0,015 0,020 W m K

7 Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit Verfahren Plattengerät (GHP) Wärmestrommessplattengerät (HFM) Normen EN (mittl. und niedr. Wärmedurchlasswiderstand) EN (mittl. und hoher Wärmedurchlasswiderstand) EN (Techn. Spezifikationen zum GHP) EN (Techn. Spezfikationen zum HFM)

8 Ringversuch Annex 65 vor Methodenabgleich *European Commission, Institute for Reference Materials and Measurements

9 Messunsicherheit (GUM) exempl. GHP GUM = Guide to the expression of Uncertainty in Measurement Modell zur Berechnung der Wärmeleitfähigkeit beim 2- Plattengerät λ = 1 2 P d A T λ R,E λ O λ S Berechnung der kombinierten Standardunsicherheit u c (y) 2 = n i=1 u(x i ) 2 ( δ y ) 2 δ x i

10 Messunsicherheit (GUM) exempl. GHP EN definiert einen Dickenbereich und Wärmeleitfähigkeitsbereich für unterschiedliche repräsentative Apparate A, B und C Eigenschaft Abk. Einheit A B C Probenabmessungen A tot mm Messfläche A met mm Spaltabmessungen w g mm Min. Probendicke t s,min mm 20 SIM << 30 0,015 W/(m 40 K) Max. Probendicke t s,max mm Min. Wärmeleitfähigkeit λ min W/(m K) Max. Wärmeleitfähigkeit λ max W/(m K)

11 Sensitivitätsanalysen exempl. GHP Hochleistungsdämmstoffe sind charakterisiert durch: Sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit (<< W/(m K)) Teilweise sehr geringe Dicken (für VIP z. B. 10 mm < t < 40 mm) Übliche Messgeräte nach EN /-3 sind für diese Messgrößen nicht ausgelegt Sensitivitätsanalyse unter Variation von λ = W/(m K) (VIP) bis W/(m K) (APM) t = of 10 mm bis 80 mm T = 5 K bis 30 K zur Klärung des Einflusses auf die kombinierte Standardunsicherheit

12 Sensitivitätsanalysen exempl. GHP Annahme: Equipment B, λ = W/(m K), t = 0.02 m, T = 10 K Parameter Wert δ y δ x i u(x i ) u(x i ) in % u c (λ) in % λ R,E λ O λ S P W t 0.02 m A m T 10 K

13 Einfluss von Dicke und Temperaturdifferenz Equipment A, B, C 10 mm Probendicke A B C

14 Einfluss von Dicke und Temperaturdifferenz Equipment A, B, C 20 mm Probendicke A B C

15 Einfluss von Dicke und Temperaturdifferenz Equipment A, B, C 40 mm Probendicke A B C

16 Einfluss von Dicke und Temperaturdifferenz Equipment A, B, C 80 mm Probendicke A B C

17 Equipment B Isolinien u c (λ = 0.004) DIN EN Equipment B

18 Schlussfolgerungen Je höher dt desto geringer die Messunsicherheit: T von mindestens 10 K Je geringer die Dicke desto kleiner muss die Messfläche sein Für Dicken < 20 mm Messfläche = mm 2 Für Dicken > 20 mm Messfläche = mm 2 Für Dicken > 40 mm Messfläche = mm 2 ) bei Hochleistungsdämmstoffen kann theoretisch eine kombinierte Standardunsicherheit der Wärmeleitfähigkeit von % erreicht werden

19 Worauf ist zu achten? Größten Einfluss auf die Messunsicherheit Dickenmessung Temperaturdifferenz Randwärmeverlust Ungenügender Kontakt Worauf ist zu achten?

20 Worauf ist zu achten? Dickenmessung Vakuumpaneele Paneele verdreht Teilweise Falten in der Folie

21 Worauf ist zu achten? Dickenmessung Vakuumpaneele Paneele verdreht Teilweise Falten in der Folie APM Loses Granulat Teilweise flexible Produkte

22 Worauf ist zu achten? Dickenmessung Vakuumpaneele Paneele verdreht Teilweise Falten in der Folie APM Loses Granulat Teilweise flexible Produkte Allgemein Dickenbestimmung vs. Abstand der Messplatten

23 Worauf ist zu achten? Randwärmeverlust Randstreifen verwenden

24 Worauf ist zu achten? Ungenügender Kontakt Ausgleichsmatten verwenden

25 λ 10 C in mw/(m K) Ringversuch Annex 65 nach Methodenabgleich Condition N labs N meas mdn m s V x L (N labs ;0.5;0.9) x U (N labs ;0.5;0.9) x U (N labs ;0.9;0.9) Fresh Aged 1 Aged 2 Aged in mw/(m K) in mw/(m K) in mw/(m K) in % in mw/(m K) in mw/(m K) in mw/(m K) Result Mean x_l(n_labs;0.5;0.9) x_u(n_labs;0.5;0.9) x_u(n;0.9;0.9)

26 Danke! Dr.-Ing. Sebastian Treml Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.v. München -FIW München Forschung und Entwicklung im Wärmeschutz Lochhamer Schlag 4 D Gräfelfing Telefon , Telefax -40 treml@fiw-muenchen.de